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上海光机所在空气中产生稳定大能量白光激光方面获进展

近期,中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队,针对高重频飞秒激光气体成丝自抖动问题,提出了提升高重频飞秒光丝及超连续谱(SC)白光光源指向稳定性的方法,抑制了空气光丝诱导产生超连续谱白光激光的强度和光束指向抖动。相关研究成果以Stable, intense supercontinuum light generation at 1kHz by electric field assisted femtosecond laser filamentation in air为题,发表在《光:科学与应用》(Light- Science Applications上。

覆盖可见光波段的超连续谱激光因超宽的光谱宽度与良好相干性,被称为白光激光。白光激光被广泛应用于生物医学成像、分子指纹光谱、光学相干断层扫描、可调超快脉冲生成、飞秒脉冲压缩等领域。白光激光通常通过固体材料或光子晶体光纤、中空光纤等产生。短脉冲激光气体成丝提供了免材料损伤的白光激光产生途径,但脉冲累加引起的指向抖动限制了高重频下的应用。目前,受限于固体材料的损伤阈值或被气体中自抖动问题,较难得到稳定传输的大能量高重频白光激光光源。这是超连续谱光源产生及其应用领域内的亟需解决的难题。

该研究利用高重频飞秒激光在空气中成丝产生大能量超连续白光光源,创新性地在光丝上加载外部高压直流电场,从根源上解决了光丝的热致抖动问题。上述工作的原理为通过外加电场抑制等离子体复合并使其寿命延长,在下一激光脉冲到来之际减少因等离子体复合造成的热量沉积,降低由热扩散造成的气流扰度强度。此外,光丝诱导电晕放电产生的稳定离子风可有效克服光丝自扰动气流。实验结果表明,在外电场作用下高重频(1kHz)光丝及前向超连续白光的空间指向稳定性可提升至少2倍,同时白光激光光谱强度的稳定性得到提升。研究人员利用1 kHz/6.54 mJ飞秒激光脉冲在空气中成丝,得到了3.55 mJ稳定的超连续谱白光光源。该工作解决了高重频飞秒激光气体成丝的指向和强度抖动的难题,为空气中产生高重频稳定大能量超连续白光光源开辟了道路,并为基于高重频光丝的二次辐射源、成像和材料微加工等其他应用拓展了新机遇。

研究工作得到国家自然科学基金联合基金项目、中国科学院国际合作重点项目、上海市科技项目等的支持。

论文链接

(a)(b)实验装置示意图;(c)(d)未加载与加载直流高压电场时光丝及光丝诱导电晕的真彩图像;(e)(f)对应的前向光斑


研究团队单位:上海光学精密机械研究所

分类标签: 白光激光 大能量 科学进展

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